FracSym: automated symbolic computation of Lie symmetries of fractional differential equations

In this paper, we present an algorithm for the systematic calculation of Lie point symmetries for fractional order differential equations (FDEs) using the method as described by Buckwar & Luchko (1998) and Gazizov, Kasatkin & Lukashchuk (2007, 2009, 2011). The method has been generalised here to allow for the determination of symmetries for FDEs with n independent variables and for systems of partial FDEs. The algorithm has been implemented in the new MAPLE package FracSym (Jefferson and Carminati 2013) which uses routines from the MAPLE symmetry packages DESOLVII (Vu, Jefferson and Carminati, 2012) and ASP (Jefferson and Carminati, 2013). We introduce FracSym by investigating the symmetries of a number of FDEs; specific forms of any arbitrary functions, which may extend the symmetry algebras, are also determined. For each of the FDEs discussed, selected invariant solutions are then presented. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solução da equação advectivo-difusiva utilizando regras para manipulação de exponenciais de operadores diferenciais e simetrias de Lie : aplicações em engenharia ambiental

Vários métodos analíticos, numéricos e híbridos podem ser utilizados na solução de problemas de difusão e difusão-advecção. O objetivo deste trabalho é apresentar dois métodos analíticos para obtenção de soluções em forma fechada da equação advectivo-difusiva em coordenadas cartesianas que descreve problemas de dispersão de poluentes na água e na atmosfera. Um deles é baseado em regras de manipulação de exponenciais de operadores diferenciais, e o outro consiste na aplicação de simetrias de Lie admitidas por uma equação diferencial parcial linear. Desenvolvem-se regras para manipulação de exponenciais de operadores diferenciais de segunda ordem com coeficientes constantes e para operadores advectivo-difusivos. Nos casos em que essas regras não podem ser aplicadas utiliza-se uma formulação para a obtenção de simetrias de Lie, admitidas por uma equação diferencial, via mapeamento. Define-se um operador diferencial com a propriedade de transformar soluções analíticas de uma dada equação diferencial em novas soluções analíticas da mesma equação. Nas aplicações referentes à dispersão de poluentes na água, resolve-se a equação advectivo-difusiva bidimensional com coeficientes variáveis, realizando uma mudança de variáveis de modo a reescrevê-la em termos do potencial velocidade e da função corrente correspondentes ao respectivo escoamento potencial, estendendo a solução para domínios de contornos arbitrários Na aplicação referente ao problema de dispersão de poluentes na atmosfera, realiza-se uma mudança de variáveis de modo a obter uma equação diferencial parcial com coeficientes constantes na qual se possam aplicar as regras de manipulação de exponenciais de operadores diferenciais. Os resultados numéricos obtidos são comparados com dados disponíveis na literatura. Diversas vantagens da aplicação das formulações apresentadas podem ser citadas, a saber, o aumento da velocidade de processamento, permitindo a obtenção de solução em tempo real; a redução da quantidade de memória requerida na realização de operações necessárias para a obtenção da solução analítica; a possibilidade de dispensar a discretização do domínio em algumas situações.

Mass generation from Lie algebra extensions

Applied to the electroweak interactions, the theory of Lie algebra extensions suggests a mechanism by which the boson masses are generated without resource to spontaneous symmetry breaking. It starts from a gauge theory without any additional scalar field. All the couplings predicted by the Weinberg-Salam theory are present, and a few others which are nevertheless consistent within the model.

Lie symmetry analysis and reductions of a two-dimensional integrable generalization of the Camassa-Holm equation

In this Letter we investigate Lie symmetries of a (2 + 1)-dimensional integrable generalization of the Camassa-Holm (CH) equation. Through the similarity reductions we obtain four different (1 + 1)-dimensional systems of partial differential equations in which one of them turns out to be a (1 + 1)-dimensional CH equation. We establish their integrability by providing the Lax pair for all of them. Further, we present a brief analysis for some types of particular solutions which include the cuspon, peakon and soliton solutions for the two-dimensional generalization of the CH equation. (C) 2000 Published by Elsevier B.V. B.V.

Does 75% of the difference between VO2 at lactate threshold and VO2max lie at the severe-intensity domain in well-trained cyclists?

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

So(2,1) Lie algebra and the Green's functions for the conditionally exactly solvable potentials

The Green's functions of the recently discovered conditionally exactly solvable potentials are computed. This is done through the use of a second-order differential realization of the so(2,1) Lie algebra. So we present the dynamical symmetry underlying the solvability of such potentials and show that they belong to a general class of solvable and partially solvable potentials. © 1994 The American Physical Society.

Affine Lie algebraic origin of constrained KP hierarchies

An affine sl(n + 1) algebraic construction of the basic constrained KP hierarchy is presented. This hierarchy is analyzed using two approaches, namely linear matrix eigenvalue problem on hermitian symmetric space and constrained KP Lax formulation and it is shown that these approaches are equivalent. The model is recognized to be the generalized non-linear Schrödinger (GNLS) hierarchy and it is used as a building block for a new class of constrained KP hierarchies. These constrained KP hierarchies are connected via similarity-Bäcklund transformations and interpolate between GNLS and multi-boson KP-Toda hierarchies. Our construction uncovers the origin of the Toda lattice structure behind the latter hierarchy. © 1995 American Institute of Physics.

Closed expressions for Lie algebra invariants and finite transformations

A simple procedure to obtain complete, closed expressions for Lie algebra invariants is presented. The invariants are ultimately polynomials in the group parameters. The construction of finite group elements requires the use of projectors, whose coefficients are invariant polynomials. The detailed general forms of these projectors are given. Closed expressions for finite Lorentz transformations, both homogeneous and inhomogeneous, as well as for Galilei transformations, are found as examples.

Álgebras de Lie e aplicações à sistemas alternantes

Pós-graduação em Matemática - IBILCE